1) Графический метод. Отделение корней. Действительные корни уравнения являются абсциссами точек пересечения кривой с осью , а если это уравнение преобразуется к виду , то его действительные корни будут абсциссами точек пересечения кривых и .
Пользуясь этим, как было показано в решении задачи 2 (урок 7), можно находить приближенные значения действительных корней алгебраических и трансцендентных уравнений путем построения соответствующих кривых.
Однако этим графическим методом можно получить лишь грубо приближенные значения корней уравнения, но нельзя их вычислить с наперед заданной большой точностью.
Поэтому графический метод обычно применяется лишь как вспомогательное средство для определения числа действительных корней уравнения и для их отделения, т. е. для нахождения таких отрезков оси , внутри которых содержится только по одному корню. Затем, после такого отделения корней, каждый из них может быть вычислен с любой желаемой точностью посредством аналитических методов.
2) Уточнение корней уравнения методом хорд и касательных. Если на отрезке функция непрерывна, а ее производная сохраняет знак и если , то внутри этого отрезка содержится только один действительный корень функции или уравнения .
Если, кроме того, на этом отрезке также сохраняет знак, то можно найти границы и более узкого отрезка, содержащего тот же корень, по формулам
где - тот конец отрезка , в котором имеет тот же знак, что и .
Геометрически (рис. 75) границы нового отрезка и представляют абсциссы точек пересечения с осью хорды и касательной , которые будут ближе к искомому корню , чем границы исходного отрезка .
Далее, исходя из полученного суженного отрезка, по тем же формулам (*) можно найти границы и еще более узкого отрезка, содержащего в себе корень .
Повторяя этот процесс последовательного сужения отрезка, содержащего корень т. е. повторяя применение формул (*), можно найти приближенное значение корня с любой заданной точностью.
Чтобы найти с точностью до , следует вести вычисление и до тех пор, когда впервые окажется
или
Тогда, с точностью до , в первом случае (или ), а во втором случае .
Пример 1. Отделить действительные корни следующих уравнений:
1) ; 2) ; 3) .
Решение. Чтобы отделить действительные корни данного уравнения, т. е. чтобы каждый из них заключить внутри особого небольшого отрезка, воспользуемся графическим методом.
1) Преобразуем данное уравнение к виду и построим кривые и , в одних и тех же координатных осях и при одной и той же единице масштаба (рис. 76).
Число точек пересечения этих кривых равно числу действительных корней данного уравнения, а их абсциссы являются этими корнями.
Согласно этому положению из чертежа находим: данное трансцендентное уравнение имеет два действительных корня, один из которых содержится на отрезке [- 1;- 0,8], а другой на отрезке [0,8; 1].
2) Преобразуя уравнение к виду и построив кривые и в одних координатных осях (рис. 77), заключаем: данное алгебраическое уравнение имеет только один действительный корень, содержащийся на отрезке [- 0,6; -0,5].
3) Приводим уравнение к виду и построим кривые и (рис. 78).
Котангенсоида имеет бесчисленное множество бесконечных ветвей, каждая из которых пересекает прямую . Поэтому данное уравнение имеет бесчисленное множество действительных корней. Наименьший положительный корень этого уравнения содержится на отрезке [0,8; 0,9].